國產彩虹YH-1000S無人機竟是用汽車混動裝置?除成本大減還更高效
航天科技十一院推出彩虹YH-1000S,這是全球第一架混動無人機,已經完成首飛,意義重大。
非混動的彩虹YH-1000在2025年5月已經首飛,雙發上單翼佈局,可在二級公路、硬質土路和草地起降,配備浮筒套件可水面起降,配備雪橇套件可雪地起降,採用汽車發動機驅動,航程1500公里,任務執行時間10小時,升限可達8000米,載重1200公斤,可裝載4組1立方米的貨物托盤,機頭可進出貨物,機腹可投放貨物,6千瓦供電能力可滿足特種作業需要。
全球首架混動無人機彩虹YH-1000S試飛畫面:
彩虹YH-1000S三葉螺旋槳改為四葉,中機身空投門改為尾門,最大的變化是改用混動。總師在採訪中說道,就是汽車用2.0T混動那樣的裝置。與汽車產業共用,極大降低了研發和製造成本,也便於維修。
在可預見的將來,全電飛機還受到電池能量密度的極大限制,但混動用在飛機上可能比汽車更為有利。
飛機的速度一旦上去,巡航動力並不需要很大,一般只需要起飛動力的30%。雙發飛機還有單發失效、繼續起飛的要求,實際單發最大功率標定比起飛動力還要加倍。要是得到電動「助推」,電動部分主要用於起飛、爬升階段,進入巡航後轉入,不管是以機械直接驅動,還是以串聯式電動驅動,功率較小的常規發動機提供巡航動力,這樣可以使得發動機與巡航需求更好地配合,減少浪費、降低油耗。
混動容許較小的發動機,但動力系統整體重量未必降低,因為電池包要增加重量。但電動的可靠性高,電動佔起飛動力的大半,所以不需要考慮單發失效的問題,這也是有利於降低「過度動力」和系統重量的。
無人貨運機除了起飛、爬升,也沒有太大的中途加速需求。着陸前的下滑減速和着陸後的跑道減速還可以風車狀態的螺旋槳反向推動發電機,進行回收發電,縮短再次出動前的電池充電時間。飛行途中用發動機充電可能還是需要的,預備着陸失敗復飛時的動力需求。
要是十一院更激進一點,還可以實行分佈式推進,也就是說,沿翼展布置很多電動螺旋槳,使得推力均勻分佈,可以大大提高推進和升力效率。翼尖螺旋槳還順便解決翼尖渦流問題。
分佈式推進的好處早就知道,但在燃油發動機時代不可能實現,那麼多發動機的成本、重量、維修要求都受不了。但電動驅動就不一樣了,甚至因為冗餘度而降低可靠性要求。
這也使得發動機未必拘泥於傳統位置。雙發翼下發動機當然可以,但發動機設置在機體內什麼地方也沒問題,而且位置相當自由,反正電力傳輸不受機械驅動的佈局限制。
不過彩虹YH-1000S沒有走那麼遠,這是從燃油的汽車發動機動力發展過來的,分佈式推進的改動比較大。但混動的路走通後,下一架飛機就可以考慮了。
這也對水上飛機提供了新的選擇。水上飛機的螺旋槳和發動機一般位置較高,氣動上不大友好。發動機與螺旋槳分離後,佈局上就靈活多了。
中國航空科技真是漸入佳境了。
直接用汽車混動是短平快的玩法,做不大的。比如說,放大到運-7那樣大的支線客機的話,已經沒有合適的汽車發動機可用了,內燃機的能量密度也遠遠比不上更加常規的渦槳。
渦槳與發電機整合為一體化的渦電是先進動力的熱門領域,壓氣機與發電機轉子相整合,機匣內整合發電機定子,這就是現成的渦電。當然,還有輸變電的一大套東西。這是大功率混動的路線。中國正在積極研發新一代渦槳,與渦軸甚至渦扇的研發都可以整合到一起,別忘了渦電。
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